徐文柱

（西峽龍成特種材料有限公司技術(shù)開發(fā)部，河南 南陽 474500）

現(xiàn)代工業(yè)對材料要求越來越高，尤其是特殊行業(yè)，對很多材料的耐高溫、耐腐蝕、抗壓力等各方面有更高的要求，為了達(dá)到預(yù)期效果，我們常常對材料進(jìn)行表面處理，電鍍鎳層就能夠起到很好的耐腐蝕和防磨的效果。但是電鍍鎳層有一個令所有研究使用人員都頭疼的問題那就是鎳層表面常常會出現(xiàn)孔隙，鍍層不均勻嚴(yán)重影響了材料的性能，達(dá)不到保護(hù)的作用。電鍍鎳層發(fā)生腐蝕的主要原因在于鍍層存在孔隙，腐蝕介質(zhì)通過孔隙與基體接觸，形成腐蝕微電池，鍍層作為陰極，基體金屬作為陽極。而由于孔隙處基體面積較小，電流密度大，形成了“大陰極小陽極”的現(xiàn)象。此時鍍層不但無法起到應(yīng)有的保護(hù)基體金屬的作用，反而會加速基體金屬的腐蝕。電鍍鎳層孔隙的尺寸數(shù)量對耐腐蝕性能會造成巨大的影響。電鍍鎳層屬于電位較正的陰極鍍層以及多孔隙的固有特性，防護(hù)性能難以達(dá)到理想的程度，無法適應(yīng)惡劣的腐蝕環(huán)境，因此，需要通過鍍后處理封閉孔隙，從而提高其耐腐蝕性能。

現(xiàn)代工藝常常會通過增大電鍍層厚度的方法來減少孔隙的產(chǎn)生，但是電鍍層厚度的增加會減低機(jī)械的性能，在尺寸等嚴(yán)格要求的情況下很可能不滿足使用，而且過厚的表層貼合性不好極容易脫落和開裂，即使減少孔隙也不能完全排除表面微孔，不光滑；也有通過鉻酸鹽鈍化工藝來降低孔隙率，但是這種化學(xué)試劑具有一定的毒性，大部分地區(qū)和國家都禁止了這項(xiàng)工藝；還有很多別的工藝如化學(xué)置換法等等來降低孔隙率，提高材料性能，在電鍍鎳層提高性能的方面上，還有很多問題有待解決和研究，本文就基于新型的水基封閉劑和溶膠——凝膠法在提高電鍍鎳層性能上的作用展開研究。

1 結(jié)果與討論

1.1 新型水基封閉劑封孔

表1 電鍍鎳層表面封孔劑處理?xiàng)l件

我們知道造成電鍍鎳層性能低的原因是表面的孔隙，所以首先我們就要進(jìn)行封孔處理。利用石油磺酸鈉、石油磺酸鋇、緩蝕劑C、表面活性劑OP-5按一定比例配置成處理液，用處理液浸泡電鍍件，同時進(jìn)行加熱，溫度不要太高，大概60攝氏度為宜，加熱過程中不斷攪拌溶液使電鍍件與處理液充分接觸，幾分鐘后取出烘干即可，這樣做的目的是利用處理液中原子上的自由電子對疏水基的吸附作用，處理液中的硫原子和氮原子有提供電子的能力，外圍的自由電子在獲得能量后會發(fā)生躍遷，其孤電子對會與鍍鎳層里面的金屬形成配位鍵，組合成電子對，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的吸附力量，由于鍍鎳而產(chǎn)生的孔隙就可以通過這種吸附作用而被覆蓋，在原材料件的表面形成一種保護(hù)膜，這層膜能夠起到隔絕、耐磨、耐腐蝕的作用。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證處理液對電鍍鎳件的作用，通過對未處理件與處理件的耐磨性能做比較可以得出。首先進(jìn)行耐腐蝕測驗(yàn)，將未處理件和處理間同時放入雨水或氯化鈉溶液中浸泡，每隔幾分鐘對兩樣件進(jìn)行表面耐腐蝕性測試，實(shí)驗(yàn)得出，經(jīng)溶液處理過的樣件在腐蝕液浸泡的96h后表面出現(xiàn)被腐蝕的痕跡，為淡黃色的斑點(diǎn)；未經(jīng)溶液處理過的樣件在腐蝕液浸泡了4h后就出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，對比明顯，通過觀察對比實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)溶液處理過的樣件在相同的時間內(nèi)受腐蝕程度?。黄浯?，進(jìn)行孔隙率測試，孔隙率直接影響到金屬件的耐腐蝕程度，孔隙多，金屬件直接暴露在外部溶液或空氣中，增加了腐蝕面積，因而耐磨性能減弱，按QBT 3823-1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，分別用檢驗(yàn)溶液浸泡處理件和未處理件，觀察檢驗(yàn)溶液與金屬件的反應(yīng)程度，未經(jīng)過處理的樣件孔隙率為3.67個/cm2，放入腐蝕液中就會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，而經(jīng)處理過的樣件放入5min仍沒有腐蝕現(xiàn)象，對比分析得出經(jīng)溶液處理過的樣件與檢驗(yàn)溶液的反應(yīng)程度很小，說明經(jīng)處理的樣件表面孔隙已經(jīng)被封閉，進(jìn)而耐磨性能增強(qiáng)了，除此之外，比較封孔與未封孔的鍍鎳樣件，可以知道封孔的樣件的交流阻抗明顯要大于未封孔的樣件，由此可知處理過的樣件，在腐蝕液中傳遞的電阻增大，這在一定層面上也形成了保護(hù)膜，阻礙了金屬表面電子的運(yùn)動，將暴露的孔隙覆蓋上，降低的腐蝕速度。

由實(shí)驗(yàn)研究可知，用石油磺酸鈉、石油磺酸鋇、緩蝕劑C、表面活性劑OP-5按比例配置成處理液能夠起到封閉孔隙的作用，在電鍍鎳層樣件表面形成一種保護(hù)膜，能夠減少孔隙，增強(qiáng)耐磨度和耐腐蝕度，利用新型水基封閉劑封孔可以起到增強(qiáng)材料表面性能的作用，工業(yè)生產(chǎn)中可以將電鍍鎳層器件經(jīng)新型處理液浸泡后再投入生產(chǎn)和使用，大大提高使用性能，且處理液無毒無害，不會造成污染和危害，可以廣泛應(yīng)用。

1.2 溶膠——凝膠法在鍍鎳層表面封孔

近年來有產(chǎn)業(yè)用有機(jī)涂料對鍍鎳層金屬件進(jìn)行封孔處理，雖然能夠?qū)⒖紫斗庾?，但是一般的有機(jī)涂料不耐高溫，穩(wěn)定性不好，易分解，所以很多用在高溫環(huán)境的零部件都不能用有機(jī)涂料的方式進(jìn)行封孔。利用溶膠-凝膠法進(jìn)行封孔是一種新方法，膠體的半凝固狀態(tài)可以有效解決有機(jī)涂料不穩(wěn)定的問題，提高鍍鎳層的耐腐蝕性。TiO2的制備前驅(qū)物為鈦酸四丁酯、溶劑為無水乙醇，溶膠的制備主要原料是正硅酸乙酯和鈦酸四丁酯、溶劑為無水乙醇，將原料按照一定配比在熔融態(tài)充分混合，加入微量元素Cr、Mo后制得所需膠體-凝膠涂層。將鍍鎳樣件放入凝膠中，充分接觸后即提出就可以起到耐磨的目的，但是若反復(fù)幾次甚至多次，帶凝膠涂層在樣件表面有一定厚度后停止，晾干進(jìn)行熱處理，附著在樣件表面的凝膠厚度合適，耐磨性也會很好。

溶膠溶液的制成都是經(jīng)過水解和縮合反應(yīng)而后在鍍鎳器件的表面附著凝成薄膜的，表面膠體經(jīng)過熱處理后會牢固的附著在鍍鎳層的表面，不易脫落，從而才形成了耐磨耐腐蝕的凝膠表面。

凝膠的形成過程中，也存在著幾點(diǎn)重要的因素影響凝膠層的耐磨性，如浸泡的次數(shù)、凝膠的厚度、浸泡后熱處理的溫度和方法，下面分析影響凝膠耐磨耐腐蝕性能的因素，在工業(yè)生產(chǎn)中要注意。

對用溶膠處理過的鍍鎳樣件進(jìn)行測驗(yàn)，用氯化鈉溶液浸泡，為確定凝膠涂層的厚度，可以將鍍鎳樣件放入溶膠液中不同次數(shù)得到不同厚度的凝膠涂層，對所得樣件分別用氯化鈉溶液浸泡相同的時間，觀察腐蝕情況，實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)表面分別涂3、4、6遍溶膠進(jìn)行不同溫度的熱處理后得到的耐腐性不同，在進(jìn)行6遍溶膠涂層，400攝氏度熱處理后的鍍鎳樣件的耐腐蝕性更高。在這一熱處理溫度下，溶膠能夠很好的融進(jìn)鍍鎳樣件的孔隙當(dāng)中，使里面金屬與外界環(huán)境隔離而達(dá)到降低孔隙率，增強(qiáng)耐腐蝕強(qiáng)度的目的，而且凝膠有一個優(yōu)勢，就是在膜化的過程中會固化粘附在鍍鎳件的表面，凝膠本身有一定厚度就會起到耐磨的作用，相比于一般溶液浸泡有一定的優(yōu)勢。

通過對比可知300攝氏度和200攝氏度下熱處理過的鍍鎳樣件的凝膠固化程度不如400攝氏度時的固化程度，固化程度不完全就會嚴(yán)重影響耐腐蝕和耐磨性能。浸泡溶膠的次數(shù)關(guān)系著凝膠的厚度，經(jīng)試驗(yàn)測得涂層6遍的情況下，鍍鎳樣件的耐磨程度是最好的，通過掃描電鏡可以看出，相對于3、4次涂覆凝膠，涂覆6遍凝膠的覆蓋性最好，可以將鍍鎳的孔隙全部覆蓋帶掉，大大降低了鍍鎳材料的孔隙率進(jìn)而增強(qiáng)了耐磨性和耐腐蝕程度，在電鏡圖下觀察不同涂覆層凝膠及不同熱處理溫度下鍍鎳樣件的腐蝕速度和腐蝕程度，得出這樣的結(jié)論，6遍涂覆鍍鎳樣件進(jìn)行400攝氏度熱處理，腐蝕速度最慢，耐腐蝕以及耐磨效果最好。

2 結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)可知，水基封閉孔試劑可以有效對鍍鎳器件上的孔隙進(jìn)行封閉，降低孔隙率，在鍍層表面形成一層具有保護(hù)作用的吸附膜，同時也改變了鍍層的電化學(xué)性能，提高耐腐蝕性能；采用溶膠-凝膠法可以有效覆蓋鍍鎳器件上的孔隙，因而得到良好的耐腐蝕性和耐磨性，且經(jīng)研究可知，進(jìn)行4遍以上涂覆凝膠才會較好的耐腐蝕效果，最佳熱處理溫度為400攝氏度，此外，凝膠還具有良好抗高溫氧化性。